Fakultas: Teknologi IndustriPertemuan ke: 13 Jurusan/Program Studi: Teknik KimiaModul ke: 1 Kode Mata Kuliah: Jumlah Halaman: 23 Nama Mata Kuliah: Azas Teknik Kimia IMulai Berlaku: 2013 Dosen: Dra. Kamariah Anwar,MS UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA FM-UII-AA-FKA-07/R2 MATERI/BAHAN MATA KULIAH Materi : DASAR-DASAR NERACA ENERGI

Energi : Energi dapat dinyatakan sebagai kemampuan suatu obyek untuk melakukan kerja Dari hasil studi dapat diketahui bahwa energi dari suatu obyek hanya bergantung dari kondisi obyek pada saat ditinjau Energi disebut sebagai : “State Function” (fungsi keadaan) dari suatu obyek.

BENTUK ENERGI Energi Potential (E P ) Adalah merupakan bentuk energi dari suatu sistem karena posisi ketinggiannya relatif terhadap suatu bidang datar E P = mgh Energi Kinetik (E K ) Energi kinetik atau energi gerak adalah energi yang dimiliki oleh sebuah benda karena gerakannya. E k = 1/2 mv 2 Energi kinetik sebuah benda didefinisikan sebagai usaha yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebuah benda dengan massa tertentu dari keadaan diam hingga mencapai kecepatan tertentu.

 Thermal energy – Panas (Q) ditransfer dari atau ke suatu unit process  Work energy – misal : kerja yang dilakukan pompa (W) pada transport fluida  Internal energy (U) dari suatu molecules m – mass (kg) g – gravitational constant, 9.81 ms -2 v – velocity, ms -1

PENGGUNAAN Kecepatan perpindahan panas dari suatu process Perpindahan Panas/design dari heat exchangers Process design untuk menentukan energy yang diperlukan dari suatu process Kebutuhan power pompa (mechanical energy balance) Process control Process design & pengembangan etc

Hukum Termodinamika I : Tidak ada energi yang dapat diciptakan atau dimusnahkan, tapi energi yang dapat ditransfer dari satu obyek ke obyek lain atau dapat ditransformasikan dari satu bentuk ke bentuk lain, atau disebut Energi terkonservasi. Persamaan Neraca Energi : Proses Un Steady State : Energi in = energi out + energi akumulasi Proses Steady State : Energi in = energi out

NERACA ENERGI system mass in H in mass out H out W Q

Neraca Energi Total untuk Proses Alir Pada kondisi Steady State : Energi in = energi out E 1 + KE 1 + PE 1 + Q = E 2 + KE 2 + PE 2 + W E 2 - E 1 + KE 2 – KE 1 + PE 2 - PE 1 = Q – W ∆E + ∆K + ∆PE = Q - W E = tenaga dalam/internal energi (U) Gerakan molekular (translasi, vibrasi, rotasi) KE = energi kinetik (akibat gerakan suatu obyek) PE = energi potensial, akibat posisi obyek relatif terhadap bidang datar (datum)

Konvensi : Q positif : artinya panas ditransfer dari sekitar ke sistem (sistem menyerap panas dari lingkungan) Q negatif : panas ditransfer dari sistem ke sekitar (sistem melepas panas ke lingkungan) W = Usaha/Kerja/Work Kerja = gaya x jarak lintasan Q = panas

Untuk sistem non flow : ΔKE dan ΔPE dapat diabaikan, sehingga ΔE = Q – W Jika proses berlangsung pada V konstan dV=0 W = PdV=0 ΔE=Q V Jika proses berlangsung pada P konstan ΔE = Q P – W = Q P – PΔV Q P = ΔE + PΔV

H = E + PV dH = dE + PdV + VdP Pada P konstan ΔH = Q P + V ΔP ΔH = Q P

EFEK PANAS Efek panas sensibel adalah proses transfer panas pada suatu sistem dimana tidak terjadi perubahan fasa, tidak terjadi reaksi kimia dan tidak terjadi perubahan komposisi tetapi terjadi perubahan temperatur sistem Misal : H 2 O (c) H 2 O (c) 25 º C 75 º C Efek panas laten berkaitan dengan perubahan kandungan energi suatu benda yang mengakibatkan perubahan fasa, seperti penguapan, pengembunan, peleburan Misal : H 2 O (c) H 2 O (g) 100 º C 100 º C Efek ini disebut panas penguapan cairan murni

Pada proses-proses seperti : pemanasan, kondensasi, pencampuran bahan, reaksi kimia akan menyebabkan terjadinya perubahan entalpi akibat dari penggunaan atau pelepasan panas. Semua efek panas ini dapat ditinjau secara kuantitatif dalam neraca energi

Bagaimanakah hubungan antara jumlah panas yang ditransfer terhadap perubahan temperatur ? Kapasitas Panas ( Heat Capacity ) Kapasitas panas adalah pernyataan secara kuantitatif dari tingkat kenaikan suhu tertentu Untuk bahan dengan massa M

Jika proses berlangsung pada V tetap : ΔE = Q V, C = dQ/dT ΔE = C V dT Untuk suatu proses yng berlangsung pada P konstan dan non flow

Kapasitas Panas utk gas non ideal(gas nyata) Kapasias Panas untuk gas non ideal dan proses flow dinyatakan sebagai fungsi polinomial dalam T sbb : C P = a + bT + cT 2 a, b, dan c adalah suatu tetapan yang harganya bergantung pada sifat senyawa C P dalam cal mol -1 K -1 C P = C P rata-rata antara daerah suhu tertentu berdasar pada prinsip :

Catatan : 1. C P gas ideal tidak tergantung pada tekanan 2. C P gas non ideal dianggap tidak berubah terhadap tekanan untuk tekanan kurang dari 10 atm 3. C P gas campuran = ∑ x i C PI C P gas campuran = x A C P A + x B C P B + ………………

Panas laten yang disertai dengan perubahan fase dinyatakan : Q = n ΔH fus atau Q = n ΔH vap

Contoh 1: Produk hasil pembakaran bahan bakar diketahui mengandung campuran N 2, O 2, CO 2, dan CO dengan komposisi masing-masing 76,0%, 9,3%, 13,2% dan 1,5% (dalam %mol) dengan suhu 300K. Diketahui data kapasitas panas masing-masing komponen ( dinyatakan Btu lbmol -1 K -1 seperti berikut : N 2 : C p = 6, ,7624 x T – 0,7009 x T 2 O 2 : C p = 7, ,7851x T – 0,5528 x T 2 CO 2 : C p = 8, ,757 x T – 21,59 x T 2 CO : C p = 6, ,8024 x T – 0,77367 x T 2 Berapa panas yang dibebaskan jika campuran gas hasil pembakaran tersebut didinginkan sampai suhu 150 K

Contoh 2 : Jika air yang suhunya 27 o C dengan air yang suhunya 95 o C akan menghasilkan campuran air suhunya 38 o C. Tentukan perbandingan air yang suhunya 27 o C dengan air suhunya 95 o C bila jumlah total campuran 5 liter air suhunya 38 o C Diketahui data : C p H 2 O (c) = 75,43 J /mol o C (g) = 33,48 ∆H vap = 40,65 kJ/mol